JP6703152B2

JP6703152B2 - インダクタンス可変機能を有する多相鉄心リアクトル

Info

Publication number: JP6703152B2
Application number: JP2019010675A
Authority: JP
Inventors: 貴史梶屋; 尚志前田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-06-03
Anticipated expiration: 2037-01-30
Also published as: JP2019091910A

Description

本発明は、多相鉄心リアクトルに関し、特に、インダクタンスの大きさを変更可能な機能を有する多相鉄心リアクトルに関する。

リアクトルのインダクタンスは、巻線のターン数、鉄心（コア積層体）の断面積（歯幅×積層長）、空隙（ギャップ）をパラメータとして設計されている。

リアクトルのインダクタンスの大きさを調整することを目的として、空隙を設けたリアクトルが報告されている（例えば、特許文献１及び２）。図１に従来のリアクトルの平面図を示す。従来のリアクトル１０００は、略円筒状の外鉄心３００と、外鉄心３００とは別に形成され、外鉄心３００の内側に配置された内鉄心４００を備えている。外鉄心には巻線２００が三相に独立して巻回されている。

外鉄心３００と内鉄心４００との間には、一枚のシート状の非磁性体を円筒状にして形成された支持部材６００が配置されている。この支持部材６００を配置することにより、外鉄心３００と内鉄心４００との間に均一な幅の隙間（空隙）が形成される。隙間を設けることにより磁束Φ２〜Φ４の磁束量を調整できるため、インダクタンス値を調整できるというものである。

インダクタンスの大きさを空隙の大きさによって調整する場合、上記の従来技術においては、複数種類の支持部材を用意し、交換する必要がある。また、インダクタンスの大きさを巻線のターン数や鉄心の断面積によって調整する場合は、形状や積層長等が異なる複数種類の部品を用意する必要が生じ、部品（巻線、コア）の種類が増えるという問題があった。

特開２０１３−０７４０８４号公報特開２００７−３００７００号公報

本発明は、部品の変更を行うことなく、インダクタンスの大きさを調整することが可能なリアクトルを提供することを目的とする。

本開示の一実施例に係る多相鉄心リアクトルは、鉄心と、巻線と、を有する多相鉄心リアクトルであって、鉄心は、外鉄心及び内鉄心を備え、外鉄心は、Ｎ相の巻線が巻回された歯を有し、内鉄心は、空隙を介して歯と面しており、かつ、空隙の大きさを少なくとも２種類選択可能な形状を持つ。

本開示の一実施例に係る多相鉄心リアクトルによれば、部品の変更を行うことなく、インダクタンスの大きさを調整することが可能なリアクトルを提供することができる。

従来のリアクトルの平面図である。実施例１に係る多相鉄心リアクトルの平面図である。実施例１に係る多相鉄心リアクトルに設けられた内鉄心の構造の一例を示す平面図である。実施例１に係る多相鉄心リアクトルの位相１及び位相２における構成を示す平面図である。実施例１に係る多相鉄心リアクトルの位相１及び位相２における構成を示す断面図である。実施例１に係る多相鉄心リアクトルの斜視図である。実施例２に係る多相鉄心リアクトルの平面図である。実施例２に係る多相鉄心リアクトルの位相１及び位相２における構成を示す断面図である。実施例３に係る多相鉄心リアクトルの平面図である。実施例３に係る多相鉄心リアクトルの位相１及び位相２における構成を示す断面図である。実施例４に係る多相鉄心リアクトルの平面図である。実施例４に係る多相鉄心リアクトルを構成する内鉄心の平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。

まず、実施例１に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。図２に、実施例１に係る多相鉄心リアクトルの平面図を示す。実施例１に係る多相鉄心リアクトル１０１は、鉄心１と、巻線２と、を有する。鉄心１は、外鉄心３及び内鉄心４を備えている。

外鉄心３は、Ｎ相の巻線２が巻回された歯５を有している。三相の場合は、図２に示すように、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相にそれぞれ１つずつ、合計３つの巻線２及び歯５が設けられる。ただし、三相には限られず、二相または四相以上であってもよい。三相の場合（Ｎ＝３の場合）は、歯５は外鉄心３の中心軸を中心にして１２０度ずつずれた位置に配置される。また、外鉄心３は円筒状の形状を有している。ただし、三角筒状や六角筒状等の角筒状であってもよい。歯５は中心軸方向に延びており、歯５の軸方向の長さは、外鉄心３の軸方向の長さとほぼ同じである。

内鉄心４は、空隙６を介して歯５と面しており、かつ、空隙６の大きさを少なくとも２種類選択可能な形状を持つ。図３に、実施例１に係る多相鉄心リアクトルに設けられた内鉄心の構造の一例の平面図を示す。内鉄心４の外周部に点Ｐ₁を決め、中心Ｃの周りに６０度ずつずらした点Ｐ₂〜Ｐ₆を決める。このとき、中心ＣとＰ₁、Ｐ₃、Ｐ₅を結んだ直線の長さをｒ₁とし、中心ＣとＰ₂、Ｐ₄、Ｐ₆を結んだ直線の長さをｒ₂とした場合に、ｒ₁≠ｒ₂となるような構成とする。図３に示した例ではｒ₁＞ｒ₂となっている。図３において、同図の様な配置を「位相１」と呼び、６０度回転させた場合の配置を「位相２」と呼ぶこととする。位相１においては、Ｐ₁、Ｐ₃、Ｐ₅の近傍の内鉄心４が歯５（図２参照）と向かい合い、位相２においては、Ｐ₂、Ｐ₄、Ｐ₆の近傍の内鉄心４が歯５（図２参照）と向かい合う。

内鉄心４は、（３６０／Ｎ）度対称な形状を持つことが好ましい。三相の場合（Ｎ＝３の場合）は、１２０度対称な形状を有する。また、内鉄心４は、中心軸を中心に回転可能であることが好ましい。

図４に、実施例１に係る多相鉄心リアクトルの位相１及び位相２における平面図を示す。また、図５に実施例１に係る多相鉄心リアクトルの位相１及び位相２における図２の線Ａ−Ａで切断した断面図を示す。図４（ａ）及び図５（ａ）は位相１における構成を示し、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は位相２における構成を示す。ここで、外鉄心３及び内鉄心４の中心は共にＣであるとする。また、中心Ｃから歯５までの距離をＲとし、外鉄心３及び内鉄心４の軸方向の長さを共にｄとする。

そうすると、位相１の場合は、中心Ｃから内鉄心４の外周部までの長さがｒ₁であるので、空隙６の大きさＬｇ₁は（Ｒ−ｒ₁）となる。一方、位相２の場合は、中心Ｃから内鉄心４の外周部までの長さがｒ₂であるので、空隙６の大きさＬｇ₂は（Ｒ−ｒ₂）となる。ここで、ｒ₁≠ｒ₂であるので、Ｌｇ₁≠Ｌｇ₂となる。インダクタンスの大きさは、空隙の大きさによって変化するため、内鉄心４の位置を位相１から位相２に変えることによって、インダクタンスの大きさを調整することができる。また、三相リアクトルにおいては、空隙６が３つ形成されるが、３つの空隙の大きさは同一であることが好ましい。

内鉄心４は、中心軸を中心に回転可能であることが好ましい。内鉄心４を回転自在とすることにより、内鉄心４を回転させるだけで空隙の大きさを変えることができ、インダクタンスの大きさを調整することができる。

図６に実施例１に係る多相鉄心リアクトルの斜視図を示す。図６では巻線を省略している。外鉄心３は、外形が多角形の電磁鋼板から成る外コア３０が積層されて成るようにしてもよい。また、内鉄心４は、電磁鋼板から成る内コア４０が積層されて成るようにしてもよい。

次に、実施例２に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。図７に実施例２に係る多相鉄心リアクトルの平面図を示す。実施例２に係る多相鉄心リアクトル１０２が、実施例１に係る多相鉄心リアクトル１０１と異なっている点は、内鉄心４１が、空隙６を介して歯５と面しており、歯５と面する内鉄心４１の面積の大きさを少なくとも２種類選択可能な形状を持つ点である。実施例２に係る多相鉄心リアクトル１０２のその他の構成は、実施例１に係る多相鉄心リアクトル１０１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図８に実施例２に係る多相鉄心リアクトルの位相１及び位相２における、図７の線Ｂ−Ｂで切断した断面図を示す。図８（ａ）は位相１における構成を示し、図８（ｂ）は位相２における構成を示す。ここで、位相１及び位相２における空隙の大きさは、共にＬｇで一定であるとする。

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、一例として、位相１においては、外鉄心３及び内鉄心４１の中心軸方向の長さが共にｄ₁であり、位相２においては、内鉄心４１の中心軸方向の長さがｄ₂に変化するとする。図６に示すように、歯５の幅をｗとすると内鉄心４１が歯５と向かい合う面積Ｓは、位相１ではＳ_１＝ｗ×ｄ₁となり、位相２ではＳ_２＝ｗ×ｄ₂となる。ここで、ｄ_１≠ｄ_２であるので、Ｓ_１≠Ｓ_２となる。位相１及び位相２において、内鉄心４１の中心軸方向の長さを変化させることにより、面積Ｓが変化し、実効的な空隙の大きさを変化させることができる。その結果、内鉄心４１の位置を位相１と位相２との間で変えることにより、インダクタンスの大きさを変化させることができる。図８に示した例では、歯５と内鉄心４１との間の空隙の大きさをＬｇで一定としたが、位相１及び位相２において、空隙の大きさを変えるようにしてもよい。

次に、実施例３に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。図９に実施例３に係る多相鉄心リアクトルの平面図を示す。実施例３に係る多相鉄心リアクトル１０３が、実施例１に係る多相鉄心リアクトル１０１と異なっている点は、内鉄心４２において、空隙６の大きさが異なる領域が複数設けられている点である。実施例３に係る多相鉄心リアクトル１０３のその他の構成は、実施例１に係る多相鉄心リアクトル１０１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図１０に実施例３に係る多相鉄心リアクトルの位相１及び位相２における、図９の線Ｄ−Ｄで切断した断面図を示す。図１０（ａ）は位相１における構成を示し、図１０（ｂ）は位相２における構成を示す。ここで、外鉄心３及び内鉄心４の中心軸方向の長さはｄで一定であるとする。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、一例として、位相１においては、全ての領域で空隙６の大きさをＬｇ₁とし、位相２においては、歯５と内鉄心４２が向かい合う一部の領域で空隙６の大きさをＬｇ₁とし、他の領域では空隙６の大きさをＬｇ₂とする。Ｌｇ₁＜Ｌｇ₂とすれば、位相２における実効的な空隙６の大きさＬｇ_effは、Ｌｇ₁＜Ｌｇ_eff＜Ｌｇ₂となる。従って、位相２において、空隙の大きさを位相１とは異ならせる領域の範囲を調整することにより、実効的な空隙の大きさをより細かく設定することができ、インダクタンスの大きさを微調整することができる。図１０に示した例では、歯５と内鉄心４との間の距離の一部を共にＬｇ₁としたが、位相２においてＬｇ₁とは異なる大きさに設定するようにしてもよい。

次に、実施例４に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。図１１（ａ）及び（ｂ）に実施例４に係る多相鉄心リアクトルの平面図を示し、図１２に実施例４に係る多相鉄心リアクトルを構成する内鉄心の平面図を示す。実施例４に係る多相鉄心リアクトル１０４が、実施例１に係る多相鉄心リアクトル１０１と異なっている点は、Ｍを整数とした場合、各相の歯及び巻線がＭ等分されている点である。実施例４に係る多相鉄心リアクトル１０４のその他の構成は、実施例１に係る多相鉄心リアクトル１０１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

図１１（ａ）及び（ｂ）において、Ｒ相用巻線は２１及び２２の２つに分割され、Ｓ相用巻線は２３及び２４の２つに分割され、Ｔ相用巻線は２５及び２６の２つに分割されている。また、Ｒ相用の歯は５１及び５２の２つに分割され、Ｓ相用の歯は５３及び５４の２つに分割され、Ｔ相用の歯は５５及び５６の２つに分割されている。また、Ｍを整数とした場合、各相の歯及び巻線がＭ等分されていることが好ましい。図１１（ａ）及び（ｂ）に示した例では、Ｍが２の場合を示している。しかしながら、このような例には限られず、Ｍは３以上であってもよい。

図１２に示すように、実施例４に係る多相鉄心リアクトル１０４を構成する内鉄心４３は、円柱状の形状を有し、中心Ｃから内鉄心４３の外周までの長さがｒ_１の部分とｒ_２の部分を有する。ここで、ｒ_１≠ｒ_２である。一例として、中心Ｃから内鉄心４３の外周までの長さがｒ_１の部分は、外周上で６０°ずつずらした位置に設けられている。また、中心Ｃから内鉄心４３の外周までの長さがｒ_２の部分は、外周上で６０°ずつずらした位置に設けられ、かつｒ_１の部分と３０°ずれた位置に設けられている。なお、図１２には、中心Ｃから内鉄心４３の外周までの長さが主に２種類である例を示したが、３種類以上であってもよい。

図１２に示した内鉄心４３の構成は、多相鉄心リアクトル１０４の巻線が３相であり、歯及び巻線を分割する数であるＭが２の場合に対応している。この場合、中心Ｃから内鉄心４３の外周までの長さがｒ_１の部分は、頂点Ｐ１〜Ｐ６の位置に形成され、各頂点の位置は、３６０°／３／Ｍで求められる６０°ずつずらした位置に設けられる。従って、巻線がＮ相の場合は、３６０°／Ｎ／Ｍで求められる角度ずつずれた位置において、中心Ｃから内鉄心４３の外周までの長さがｒ_１となる。

図１１（ａ）は、「位相１」の状態を示し、歯（５１〜５６）が向かい合う位置の近傍において、内鉄心４３の中心Ｃから外周部までの長さがｒ_１となっている。このとき、内鉄心４３の中心Ｃから歯（５１〜５６）までの距離はＲであるので、空隙６の大きさはＲ−ｒ_１となる。一方、図１１（ｂ）は、「位相２」の状態を示し、歯（５１〜５６）が向かい合う位置の近傍において、内鉄心４３の中心Ｃから外周部までの長さがｒ_２となっている。このとき、内鉄心４３の中心Ｃから歯（５１〜５６）までの距離はＲであるので、空隙６の大きさはＲ−ｒ_２となる。ここで、ｒ_１≠ｒ_２であるので（Ｒ−ｒ_１）≠（Ｒ−ｒ_２）となって、位相１から位相２へ遷移させることによって空隙の大きさを変化させることができる。位相１の状態から位相２の状態に遷移させるには、内鉄心４３を３０°回転させればよい。

以上の説明においては、内鉄心４３の中心Ｃから外周部までの長さを複数種類の中から選択可能とする例を示したが、内鉄心の外周部において歯と接する部分の面積が変化するようにして、内鉄心を回転させてインダクタンスの大きさを変えるようにしてもよい。

実施例４に係る多相鉄心リアクトルのように歯及び巻線を複数に分割することにより、インダクタンスを大きくすることができる。

１鉄心
２巻線
３外鉄心
４，４１，４２，４３内鉄心
５歯
６空隙

Claims

鉄心と、巻線と、を有する多相鉄心リアクトルであって、
前記鉄心は、外鉄心及び内鉄心を備え、
前記外鉄心は、三相の巻線が巻回された三つの歯を有し、前記三つの歯は前記外鉄心の中心軸に向かって延びており、前記三つの歯は前記外鉄心の中心軸を中心として１２０度ずつずれた位置に配置されており、
前記内鉄心は、第１の位相において前記三つの歯のそれぞれに対面していて半径方向外側に湾曲した形状の第一部分と、前記第１の位相から前記中心軸を中心にして６０度ずれた第２の位相において前記三つの歯のそれぞれに対面していて前記第一部分とは異なるように半径方向外側に湾曲した形状の第二部分とを有しており、
前記内鉄心は、前記第１の位相の位置において前記第一部分が前記三つの歯のそれぞれに対向して第１の空隙を形成するか、または、前記第２の位相の位置において前記第二部分が前記三つの歯のそれぞれに対向して前記第１の空隙とは大きさの異なる第２の空隙を形成するように、設置可能である、
多相鉄心リアクトル。
前記外鉄心は、外形が多角形の電磁鋼板から成る外コアが積層されて成る、請求項１に記載の多相鉄心リアクトル。
前記内鉄心は、電磁鋼板から成る内コアが積層されて成る、請求項１または２に記載の多相鉄心リアクトル。
前記内鉄心は、前記外鉄心の中心軸を中心として１２０度対称な形状を持つ、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の多相鉄心リアクトル。
前記内鉄心は、前記中心軸を中心に回転可能である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多相鉄心リアクトル。
Ｍを整数とした場合、各相の歯及び巻線がＭ等分されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の多相鉄心リアクトル。